JP4789111B2 - 薄切片作製装置及び薄切片作製方法 - Google Patents

薄切片作製装置及び薄切片作製方法 Download PDF

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Description

本発明は、理化学実験や顕微鏡観察に用いられる薄切片標本を作製する際に用いられる薄切片作製装置及び薄切片作製方法に関する。
病理診断においては、過去に得られた知識ベースに基づいた診断を行うために、疾病にかかった動物や人組織を2μm〜5μmの厚さに薄切し各種の染色を施したものを顕微鏡にて観察する病理検査が行われている。この際、病理学は、疾病と組織の形態変化に関する膨大な知識により構成されているので、過去の知識を利用するために、観察に供する試料を特定の断面で切断し、診断に必要な組織が現れるように薄切片標本を作製する必要がある。
この際、やわらかい組織や細胞の形態を壊さないように薄切りするために、試料をパラフィンに包埋して包理ブロックとすることが一般に行われている。包理ブロックから観察に供される試料を作製する際には、まず、包理ブロックを粗削りして表面を平滑にするとともに、実験や観察対象物である包理された試料を表面に露出させる。そして、本削りでは、切断刃によって包理ブロックを極薄にスライスする。
しかし、パラフィンは固化した際に結晶化して白濁するので、包埋された試料の立体的な形を外から見ることは出来なくなる。そこで、従来、粗削りの際、作業者が包埋ブロックの上面から順に薄切し、パラフィンから顔を出した試料の面を観察しながら切り込み量や包理ブロックを載置した台の角度を調整して要求される薄切面を出している。このため、作業のやり直しができず、また、所望の薄切面が出るまで切削を数十回以上繰り返さなければならず、熟練と長時間にわたる注意力とが必要とされる。
ここで、粗削り工程を行う際に使用する薄切片作製装置に観察装置が設けられたものが提案されている(例えば、特許文献1参照。)。この装置によれば、包理ブロックを切削しながら、切削面の画像やスペクトル分析を行い、その結果を蓄積することができる。一方、試料を照明するために、LED(light-emitting diode)を有する昇射光照明装置、落射光照明装置、試料内部照明装置を備えるものも提案されている(例えば、特許文献2参照。)。
特開平06−265452号公報 特開2004−37459号公報
しかしながら、上記特許文献1に記載の薄切片作製装置の場合、薄切片標本を作製するために必須である薄切面を決定するための制御については考慮されていない。また、組織が透明に近い場合や、組織が小さい場合には、識別可能な画像を得ることができない。さらに、上記特許文献2に記載の薄切片作製装置の場合、切削面の観察の結果、包理ブロックに対する切断刃による切削方向を変更する必要が生じた際に、調整作業に依然として熟練を要して作業者の負担が大きい。
本発明は上記事情に鑑みて成されたものであり、包理ブロックの切削面を観察しながら切断刃に対する切削面の向きを容易に変更することができ、作業者の熟練度にかかわらず少ない負担で薄切面を特定して粗削り作業の効率を向上することができる薄切片作製装置及び薄切片作製方法を提供することを目的とする。
本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用する。
本発明に係る薄切片作製装置は、生体試料が包埋剤に包埋された包埋ブロックを切断刃によって粗削りする粗削り機能と、粗削り後の前記包埋ブロックから薄切片を得る本削り機能と、を有する薄切片作成装置において、一仮想平面に沿って移動する前記切断刃と、前記一仮想平面に直交する光軸を有する落射照明系と、前記光軸と略同一の撮像軸を有する撮像部及び該撮像部が取得した撮像データに基づく画像を表示する表示部を有する観察系と、前記包理ブロックを載置する支持部と、前記一仮想平面上で直交する二軸のそれぞれの軸回りに前記支持部を回動させる回動機構と、前記一仮想平面の垂直方向に前記支持部を移動する直進機構と、を有して前記光軸上に配される台部と、拡散光を照射する光源を有する拡散照明系と、該拡散照明系と前記落射照明系との何れか一方を駆動状態とする照明切替部と、を備え、前記観察系、前記拡散照明系による照明下にて得られた前記包埋ブロックの切削面、及び前記包埋ブロックの内部の画像データを記憶する第一画像記憶部と、前記落射照明系による照明下にて得られた前記包埋ブロックの切削面の画像データを記憶する第二画像記憶部と、を備え、前記包埋ブロックを前記切断刃によって粗削りする粗削り時において、前記表示部は、前記第一画像記憶部に記憶した第一の画像データに基づく画像と、前記第二画像記憶部に記憶した第二の画像データに基づく画像と、を交互または同時に表示することを特徴とする。
この発明は、落射照明系によって照明された包理ブロックの切削面を撮像して得た画像を表示部に表示させることができる。この際、照明が落射照明なので、包理ブロック内の試料と包理剤との反射率の差異に基づき、作業者が現在の包理ブロックの切削状態を容易に把握することができる。また、観察した結果、包理ブロックを一仮想平面に対して傾斜させて切削する必要がある場合には、支持台を回動させることにより所望の傾斜面にて切断することができる。
しかも、拡散照明系によって、試料の切削面のみならず、深さ方向の状態も観察することができる。また、第一画像記憶部及び第二画像記憶部に記憶された画像データをそれぞれ呼び出すことにより、拡散照明系又は落射照明系の何れか一方により得た画像と、他方により得た画像とを、同時に又はそれぞれ交互に表示部に表示することができ、切削面の特定をより容易に行うことができる。
また、本発明に係る薄切片作製装置は、前記薄切片作製装置であって、前記支持部から離間した位置に、前記回動機構を操作する回動操作部が設けられていることを特徴とする。この発明は、作業者の手元側に回動操作部を配することにより、表示部の画像を観察しながら、手元にて支持台を切断刃に対して傾斜させる操作を行うことができ、調整のための負担を軽減することができる。
また、本発明に係る薄切片作製装置は、前記薄切片作製装置であって、複数の前記台部が、前記切断刃の移動する方向に対向して移動可能に並んで配されていることを特徴とする。この発明は、観察系に対して台部を光軸及び撮像軸下に次々に移動させることができ、複数の包理ブロックを連続して粗削りすることができる。
また、本発明に係る薄切片作製方法は、生体試料が包理剤に包理された包理ブロックを切断刃によって粗削りする粗削り工程と、粗削り後の前記包理ブロックから薄切片を得るための本削り工程と、を有する薄切片作製方法であって、前記粗削り工程が、前記切断刃に対する前記包理ブロックの表面の相対位置を決める調整工程と、一仮想平面に沿って前記切断刃を移動して前記包理ブロックの表面を削る切削工程と、前記一仮想平面に直交する方向から前記包理ブロックの切削面を照明する照明工程と、照明された前記包理ブロックの切削面を撮像して画像表示させる観察工程と、前記画像から前記本削り工程に移行するか否かを判断する評価工程と、を備え、前記評価工程にて前記本削り工程への移行が否となったときに前記調整工程に戻り、前記照明工程、前記一仮想平面に直交する光軸に沿って照明する落射照明工程と、拡散光にて照明する拡散照明工程と、を備え、前記落射照明工程と前記拡散照明工程とを交互に行い、前記観察工程は、前記拡散照明工程における前記包埋ブロックの切断面の画像データを記憶する第一画像記憶工程と、前記落射照明工程における前記包埋ブロックの切断面の画像データを記憶する第二画像記憶工程と、を含み、前記第一画像記憶工程で記憶した第一の画像データに基づく画像と、前記第二画像記憶工程で記憶した第二の画像データに基づく画像と、を交互または同時に表示することを特徴とする。
この発明は、落射照明系によって照明された包理ブロックの切削面を撮像して得た画像を表示部に表示することにより、作業者が現在の包理ブロックの切削状態を把握することができ、本削り工程への移行の良否を容易に判断することができる。また、本削り工程への移行を否と判断しても、支持台を傾斜させ、又は切断刃の切り込み深さを調整することにより、本削り工程への移行を良とするまでの作業効率を向上することができる。
さらに、照明切替部にて拡散照明系と落射照明系とを切り替えて、それぞれの照明光によって得られた画像を、同時に又は何れか一方の画像を交互に表示することができ、薄切面の特定をより容易に行うことができる。
本発明によれば、包理ブロックの切削面を観察しながら刃に対する切削面の向きを容易に変更することができ、少ない負担で薄切面を特定して粗削り作業の効率を向上することができる。
本発明に係る第1の実施形態について、図1及び図2を参照して説明する。
本実施形態に係る薄切片作製装置1は、図1に示すように、一仮想平面Pに沿って移動する切断刃2と、一仮想平面Pに直交するZ軸に平行な光軸Cを有する落射照明系3と、拡散光を照射する光源5を有する拡散照明系6と、拡散照明系6と落射照明系3との何れか一方を駆動状態とする照明切替部7と、光軸Cと同一の撮像軸Cを有する図示しない撮像素子が配された撮像部8及び撮像部8が取得した撮像データに基づく画像を表示する表示部10を有する観察系11と、試料12がパラフィン(包理剤)13に包理された包理ブロック15を載置する支持台(支持部)16と、一仮想平面P上で直交するX,Y軸のそれぞれの軸回りに支持台16を回動させる回動機構17と、一仮想平面Pの垂直方向となるZ軸方向に支持台16を移動する直進機構18とを有して光軸C上に配された台部20と、制御部21と、支持台16から離間した位置に設けられた、回動機構17を操作するジョイスティック(回動操作部)22及び直進機構18に切り込み量を入力する入力スイッチ23とを備えている。
切断刃2には、切断刃2を一仮想平面Pに沿って図においてX軸方向に移動するための移動機構25が接続されている。なお、移動機構は、切断刃2を曲線に沿って移動させるものであってもかまわない。
落射照明系3は、複数のLED26が面状に配された面光源27と、面光源27から照射された光を平行光にするための図示しない光学系と、平行光を光軸C方向に沿って台部20側に反射させるとともに、包理ブロック15からの反射光を透過させるハーフミラー28とを備えている。なお、光源としては、点光源からの光をピンホール及びコリメートレンズを通過させて平行光にするものであっても構わない。
照明切替部7の入力側には、光源5及び面光源27に電力を供給するための照明用電源30が接続されており、出力側に、光源5及び面光源27が電気配線31A,31Bを介して接続されている。
観察系11は、拡散照明系6による照明下にて得られた画像データを記憶する第一画像記憶部32と、落射照明系3による照明下にて得られた画像データを記憶する第二画像記憶部33と、撮像部8から入力された画像データを第一画像記憶部32又は第二画像記憶部33の何れかに出力するための画像切替部35とをさらに備えている。画像切替部35は、照明切替部7と同期して作動するようになっている。
表示部10は、第一画像記憶部32に記憶された画像データを拡散照明系6による照明下にて得られた画像36として、また、第二画像記憶部33に記憶された画像データを落射照明系3による照明下にて得られた画像37として、各記憶部32,33から時系列的に呼び出して表示可能となっている。この際、観察系11と連動して所望の倍率にて画像表示させる。なお、両方の画像を重ね合わせて表示させるようにしてもよく、また、何れか一方の画像を交互に表示させるようにしてもよい。
回動機構17は、ジョイスティック22の操作により、支持台16をY軸回りに回動させるY軸回動機構17Aと、支持台16をX軸回りに回動させるX軸回動機構17Bとをさらに備えている。直進機構18は、入力スイッチ23から入力された切込み量の設定値に基づき、制御部21からの指示に基づいて回動機構17及び支持台16をZ軸方向に上下させるものとなっている。
制御部21は、移動機構25、直進機構18、画像切替部35とそれぞれ接続されている。そして、移動機構25に対しては、切断刃2の台部20に対する移動速度(切削速度)を制御したり、切断刃2の送り量を制御したりする。また、画像切替部35に対しては、所定のタイミングにて、拡散照明系6と落射照明系3との何れか一方を駆動するように制御する。
次に、本実施形態に係る薄切片作製方法及び薄切片作製装置1の作用について合わせて説明する。
この方法は、図2に示すように、包理ブロック15の粗削り工程(S1)と、粗削り後の包理ブロック15から図示しない薄切片を得るための本削り工程(S2)とを備えている。
粗削り工程(S1)はさらに、切断刃2に対する包理ブロック15の表面の相対位置を決める調整工程(S11)と、一仮想平面Pに沿って切断刃2を移動して包理ブロック15の表面を削る切削工程(S12)と、一仮想平面Pに直交する方向から包理ブロック15の切削面15aを照明する照明工程(S13)と、照明された包理ブロック15の切削面15aを撮像して画像表示させる観察工程(S14)と、画像から本削り工程(S2)に移行するか否かを判断する評価工程(S15)とを備えている。また、評価工程(S15)にて本削り工程(S2)への移行が否となったときに、調整工程(S11)に戻るようになっている。以下、各工程について詳細に説明する。
まず、手動又は自動により包理ブロック15を支持台16上に載置する。そして、調整工程(S11)を行う。即ち、入力スイッチ23により、例えば、10μm〜数10μmの範囲で包理ブロック15のZ方向への切り込み量の設定を自動的に行う。この際、必要に応じて作業者が、ジョイスティック22により回動機構17を駆動して、支持台16を切断刃2に対して所定の角度に傾斜させる。こうして、台部20を切断刃2に対して所定の位置に位置決めする。
切削工程(S12)では、制御部21の指示に基づき、移動機構25を駆動して切断刃2をX軸方向に移動させる。このとき、一仮想平面Pと包理ブロック15の最上面とが異なるため、切断刃2が包理ブロック15に当接して、包理ブロック15の上端を所定の厚さに切断する。
照明工程(S13)は、落射照明系3を駆動して、光軸Cに沿って照明する落射照明工程(S131)と、拡散照明系6を駆動して、拡散光にて照明する拡散照明工程(S132)とをさらに備えている。落射照明工程(S131)と拡散照明工程(S132)とは、制御部21の指示に基づき、照明用電源30と照明切替部7とを駆動して、落射照明系3又は拡散照明系6を交互に駆動することによって、何れか一方が実施される。
ここで、落射照明工程(S131)では、照明用電源30から面光源27に電源供給して面光源27から光を照射する。照射された光は、ハーフミラー28にて反射して包理ブロック15の切削面15aにて反射される。この際、パラフィン13部分では鏡面反射となるのに対して、試料12部分では光が散乱するため、切削面15aに試料12が露出している場合には、反射光の強度に差が生じる。
拡散照明工程(S132)では、照明用電源30から光源5に電源供給して光源5から拡散光を照射する。光源5から射出された光は、そのまま包理ブロック15の切削面15aに到達する。この際、切削面15aのみならず、内部の試料12からも光が反射する。
観察工程(S14)では、包理ブロック15からの反射光を撮像部8に取り込む。この際、画像切替部35が照明切替部7と同期している。そこで、落射照明系3による照明光が照射されているときに撮像したデータは、切削面15aを示す画像データとして第一画像記憶部32に記憶される。一方、拡散照明系6による照明光が照射されているときに撮像したデータは、切削面15a及び包理ブロック15の内部を示す画像データとして第二画像記憶部33に記憶される。そして、第一画像記憶部32及び第二画像記憶部33からそれぞれの画像データを取り出して、同一の包理ブロック15を示す画像36,37として表示する。
評価工程(S15)では、表示部10に表示された画像36,37を作業者が観察して、包理ブロック15の切削面15aが本削り工程(S2)にて薄切片を作製可能な状態であるか否かを判断する。ここで、「良」と判断した場合には、本削り工程(S2)に移行する。そして、所定の厚さ(例えば、5μm)となるように台部20を位置決めして、切断刃2とは異なる刃にて包理ブロック15を切削して、作業を終了する。
一方、本削り工程(S2)への移行は「否」と判断した場合には、再度包理ブロック15の切削を行うために、調整工程(S11)に戻り、評価工程(S15)にて「良」と判断されるまで、上述した作業を繰り返し実施する。
この薄切片作製装置1及び薄切片作製方法によれば、落射照明系3によって照明された包理ブロック15の切削面15aを撮像して得た画像を表示部10に表示させることができる。この際、照明が落射照明なので、包理ブロック15内の試料12とパラフィン13との反射率の差異に基づき、作業者が現在の包理ブロック15の切削状態を容易に把握することができる。また、拡散照明系6によって、試料12の切削面15aのみならず、深さ方向の状態も観察することができる。
このとき、第一画像記憶部32及び第二画像記憶部33にそれぞれの照明系3,6により得られた画像データを記憶させ、さらにそれぞれ呼び出すことにより、拡散照明系6又は落射照明系3の何れか一方により得た画像と、他方により得た画像とを、同時に又はそれぞれ交互に表示部10に表示することができ、切削面15aの特定をより容易に行うことができる。
また、観察した結果、包理ブロック15を一仮想平面Pに対して傾斜させて切削する必要がある場合には、支持台16を回動機構17により回動させることにより、所望の傾斜面にて切断することができる。即ち、包理ブロック15の切削面15aを観察しながら切断刃2に対する切削面15aの向きを容易に変更することができ、半自動化により作業者の熟練度にかかわらず少ない負担で薄切面を特定して粗削り作業の効率を向上することができる。
さらに、作業者の手元側にジョイスティック22を配することにより、表示部10の画像を観察しながら、手元にて支持台16を切断刃2に対して傾斜させる操作を行うことができ、調整のための負担を軽減することができる。
次に、第2の実施形態について図3を参照しながら説明する。
なお、上述した第1の実施形態と同様の構成要素には同一符号を付すとともに説明を省略する。
第2の実施形態と第1の実施形態との異なる点は、本実施形態に係る薄切片作製装置40は、同一の構成を有する三つの台部41,42,43が、切断刃2の移動する方向に対向して移動可能に並んで配されているとした点である。
各台部41,42,43は、切断刃2の移動方向上に延びる図示しないガイドレール上に一列に配されており、切断刃2の移動方向とは逆の方向に所定の速度で同時に移動するようになっている。各台部41,42,43の回動機構17にはジョイスティック22がそれぞれ接続され、直進機構18には入力スイッチ23がそれぞれ接続されている。制御部45は、さらに各台部41,42,43の移動についても制御するようになっている。
次に、本実施形態に係る薄切片作製方法及び薄切片作製装置40の作用について合わせて説明する。
本実施形態における薄切片作製方法は、基本的には第1の実施形態と同様の作製方法及び作用となる。
まず、手動又は自動により包理ブロック15を各支持台16上に載置する。そして、調整工程(S11)を行う。即ち、入力スイッチ23により、例えば、10μm〜数10μmの範囲で包理ブロック15のZ方向への切り込み量の設定を自動的に行う。この際、必要に応じて作業者が、ジョイスティック22により回動機構17を駆動して、各支持台16を切断刃2に対して所定の角度に傾斜させる。こうして、各台部41,42,43を切断刃2に対して所定の位置に位置決めする。
切削工程(S12)では、制御部45の指示に基づき、移動機構25を駆動して切断刃2をX軸方向に移動させる。この際、各台部41,42,43が移動機構25と同期するように、所定の速度で切断刃2の移動方向と逆方向に移動させる。こうして、各支持台16上の包理ブロック15の上端を次々と所定の厚さに切断する。
照明工程(S13)では、制御部45の指示に基づき、各台部41,42,43を光軸C上に順次移動する。そして、光軸Cと一致した際にその都度停止させ、照明用電源30と照明切替部7とを駆動して、落射照明工程(S131)又は拡散照明工程(S132)の何れかを実施して、包理ブロック15の切削面15aを照明する。この際、観察工程(S14)を実施して、包理ブロック15からの反射光を撮像部8に取り込む。そして、得られた画像データをそれぞれ第一画像記憶部32及び第二画像記憶部33に記憶させ、また、画像データを取り出してそれぞれ同一の包理ブロック15を示す画像36,37として表示する。評価工程(S15)では、包理ブロック15毎に、第1の実施形態と同様の良否評価を行う。
この薄切片作製装置40及び薄切片作製方法によれば、第1の実施形態と同様の作用・効果を奏することができるのに加え、複数の包理ブロック15を連続して粗削りすることができ、作業効率を大幅に高めることができる。
なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、切断刃2を直線上に移動させるのではなく、円弧上に移動させても構わない。この際、上記第2の実施形態の場合、各台部41,42,43を切断刃2の移動軌跡に沿って配するとともに、移動可能とすればよい。また、このときの台部の個数は三つに限らず、複数であればよい。さらに、各台部41,42,43を同時に粗削りするのではなく、一つずつ粗削りしてもよい。
本発明の第1の実施形態に係る薄切片作製装置を示す機能ブロック図である。 本発明の第1の実施形態に係る薄切片作製方法を示すフロー図である。 本発明の第2の実施形態に係る薄切片作製装置を示す機能ブロック図である。
符号の説明
1,40 薄切片作製装置
2 切断刃
3 落射照明系
5 光源
6 拡散照明系
7 照明切替部
8 撮像部
10 表示部
11 観察系
12 試料
13 パラフィン(包理剤)
15 包理ブロック
16 支持台(支持部)
17 回動機構
18 直進機構
20,41,42,43 台部
22 ジョイスティック(回動操作部)
32 第一画像記憶部
33 第二画像記憶部
35 画像切替部
36,37 画像
C 光軸、撮像軸
P 一仮想平面

Claims (4)

  1. 生体試料が包埋剤に包埋された包埋ブロックを切断刃によって粗削りする粗削り機能と、粗削り後の前記包埋ブロックから薄切片を得る本削り機能と、を有する薄切片作成装置において、
    一仮想平面に沿って移動する前記切断刃と、
    前記一仮想平面に直交する光軸を有する落射照明系と、
    前記光軸と略同一の撮像軸を有する撮像部及び該撮像部が取得した撮像データに基づく画像を表示する表示部を有する観察系と、
    前記包理ブロックを載置する支持部と、前記一仮想平面上で直交する二軸のそれぞれの軸回りに前記支持部を回動させる回動機構と、前記一仮想平面の垂直方向に前記支持部を移動する直進機構と、を有して前記光軸上に配される台部と、
    拡散光を照射する光源を有する拡散照明系と、
    該拡散照明系と前記落射照明系との何れか一方を駆動状態とする照明切替部と、を備え、
    前記観察系
    前記拡散照明系による照明下にて得られた前記包埋ブロックの切削面、及び前記包埋ブロックの内部の画像データを記憶する第一画像記憶部と、
    前記落射照明系による照明下にて得られた前記包埋ブロックの切削面の画像データを記憶する第二画像記憶部と、を備え、
    前記包埋ブロックを前記切断刃によって粗削りする粗削り時において、前記表示部は、前記第一画像記憶部に記憶した第一の画像データに基づく画像と、前記第二画像記憶部に記憶した第二の画像データに基づく画像と、を交互または同時に表示することを特徴とする薄切片作製装置。
  2. 前記支持部から離間した位置に、前記回動機構を操作する回動操作部が設けられていることを特徴とする請求項記載の薄切片作製装置。
  3. 複数の前記台部が、前記切断刃の移動する方向に対向して移動可能に並んで配されていることを特徴とする請求項1または請求項2記載の薄切片作製装置。
  4. 生体試料が包理剤に包理された包理ブロックを切断刃によって粗削りする粗削り工程と、粗削り後の前記包理ブロックから薄切片を得るための本削り工程と、を有する薄切片作製方法であって、
    前記粗削り工程が、
    前記切断刃に対する前記包理ブロックの表面の相対位置を決める調整工程と、
    一仮想平面に沿って前記切断刃を移動して前記包理ブロックの表面を削る切削工程と、
    前記一仮想平面に直交する方向から前記包理ブロックの切削面を照明する照明工程と、
    照明された前記包理ブロックの切削面を撮像して画像表示させる観察工程と、
    前記画像から前記本削り工程に移行するか否かを判断する評価工程と、
    を備え、
    前記評価工程にて前記本削り工程への移行が否となったときに前記調整工程に戻り、
    前記照明工程
    前記一仮想平面に直交する光軸に沿って照明する落射照明工程と、
    拡散光にて照明する拡散照明工程と、を備え、
    前記落射照明工程と前記拡散照明工程とを交互に行い、
    前記観察工程は、
    前記拡散照明工程における前記包埋ブロックの切断面の画像データを記憶する第一画像記憶工程と、
    前記落射照明工程における前記包埋ブロックの切断面の画像データを記憶する第二画像記憶工程と、を含み、
    前記第一画像記憶工程で記憶した第一の画像データに基づく画像と、前記第二画像記憶工程で記憶した第二の画像データに基づく画像と、を交互または同時に表示することを特徴とする薄切片作製方法。
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